Tecnologie di separazione ecosostenibili
3 CFU
(Italo Ferino)
1. La dicotomia natura vs. chimica. L’impatto ambientale dell’industria chimica. Rachel
Carson e la nascita del movimento ambientalista. Il DDT: un caso di frode scientifica?
L’immagine della Chimica: modesta serva o arrogante creatrice? Dalla prudenza alla
precauzione. Una nuova cultura chimica.
2. Classificazione delle fonti di inquinamento (aria, acqua, suolo). I processi di separazione e la
loro importanza in campo ambientale. Analisi dei processi di separazione. Processi
governati dall’equilibrio e processi governati dalla cinetica. Agenti separanti. Criteri per la
selezione di un processo di separazione. Adsorbimento vs. distillazione.
3. I principi dell’adsorbimento. Forze ed energie dell’adsorbimento. Selettività. Adsorbenti a
selettività governata dall’equilibrio. Idrofilicità e idrofobicità. Adsorbenti a selettività
governata dalla cinetica. Sorbenti commerciali. Gel di silice. Allumina. Carbone attivo.
Setacci molecolari. Disattivazione. Rigenerazione.
4. Equilibrio di adsorbimento. Classificazione IUPAC. Isoterme di Henry, Langmuir,
Freundlich, Langmuir-Freundlich, Brunauer-Hemmet-Teller. Adsorbimento binario e
multicomponente. Cinetica dell’adsorbimento. Processi di trasferimento di massa e di
calore. Teorema di Buckingam. Determinazione dei coefficienti di trasferimento di massa e
calore attraverso l’analisi dimensionale. Forza motrice della diffusione. Autodiffusione.
Diffusione in mezzi porosi. Mezzi macro e mesoporosi: diffusione in massa, diffusione di
Knudsen, flusso di Poiseuille. Mezzi microporosi: diffusione superficiale.
5. Flusso attraverso letti impaccati. Caduta di pressione. Flusso ideale in letti impaccati.
Dispersione assiale in letti impaccati. Trasferimento di calore in letti impaccati con flusso
ideale. Conduzione assiale di calore e trasferimento di calore. Processi di trasporto fluidosolido.
6. Dinamica delle colonne di adsorbimento a letto fisso. Pulse-input, risposta cromatografica.
Step-input, curva di breakthrough. Mass transfer zone. Modelling del comportamento di una
colonna isoterma per un solo componente adsorbibile, senza caduta di pressione, nei casi di
flusso ideale e flusso assialmente disperso con adsorbimento governato dall’equilibrio
(lineare, favorevole, sfavorevole). Rigenerazione del sorbente: Pressure Swing Adsorption
(PSA) e Temperature Swing Adsorption (TSA).
7. Un problema pratico: la desolforazione delle benzine. Composizione delle benzine e limiti
di legge per i composti solforati. Desolforazione per adsorbimento su nuovi sorbenti: un
esempio di ricerca.
Bibliografia
1.
Bernadette Bensaude-Vincent, Jonathan Simon, Chemistry. The Impure Science, World
Scientific Publishing Company, London, 2009.
2.
Richard D. Noble, Patricia A. Terry, Principles of Chemical Separations with
Environmental Applications, Cambridge University Press, Cambridge, 2004.
3.
D.M. Ruthven, Principles of Adsorption & Adsorption Processes, John Wiley and Sons,
New York, 1984.
